光譜學(xué)是測量紫外、可見、近紅外、紅外波段光強度的一種技術(shù)。光譜測量的應(yīng)用范圍非常廣泛，如顏色測量、化學(xué)成份的濃度測量、發(fā)光輻射分析等。
傳統(tǒng)的光譜儀由于體積龐大、價格昂貴，從而限制了它們的工業(yè)在線應(yīng)用，只能用于實驗室檢測。荷蘭Avantes公司的微型光纖光譜儀采用光纖作為信號采集裝置，使測量不受地點、環(huán)境和距離等因素的制約；而且體積減小到手掌般大小，成本也大大降低；此外，它的測量速度非常快、測量精度高。這些特點使得它可以用于工業(yè)在線分析，從而大大擴展了光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域。
顏色測量背景知識
物體的顏色可以由CIE1976（L*a*b*）顏色空間來表述。L*代表顏色的亮度。正a*值代表紅色，負a*值代表綠色。與此相似，正b*值代表黃色，負b*值代表藍色。L*a*b*值可由樣品（物體）的CIE 三刺激值X，Y，Z和標(biāo)準(zhǔn)光源的三刺激值Xn, Yn, Zn推導(dǎo)得到。
標(biāo)準(zhǔn)光源的三刺激值Xn, Yn, Zn是常數(shù)，只與所選擇的標(biāo)準(zhǔn)光源類型有關(guān)。
圖1AvaSoftColar顏色測量軟件界面
物體顏色的CIE三刺激值X，Y，Z是把標(biāo)準(zhǔn)光源的相對功率P、物體的反射率R（或透射率T）和CIE標(biāo)準(zhǔn)觀測函數(shù)xλ, yλ, zλ（2度或10度角）相乘得到。把所得到的值在可見光范圍內(nèi)（從380到780nm，5nm步長）對波長進行積分就可得到三刺激值。
色度坐標(biāo)x, y, z可通過把三刺激值X，Y，Z分別與它們的和相除得到：
另一個常用的表述顏色參數(shù)a*和b*的方法是用色調(diào)角（h*）和色度（C*）。
色調(diào)角的測量是從紅色方向（+a*）h*=0開始，沿逆時針增加：
色度被定義為從點a* = b* = 0到采樣點的線段長度：
常用的描述色差的參數(shù)△ELab ，被定義為：
其中，△L*，△a*，△b*表示參考顏色與實際測量的L*a*b*值之差。
顏色測量儀器
Avantes公司可以為用戶提供兩款用于顏色測量的微型光譜儀系統(tǒng)。
多用途顏色測量光譜儀——AvaSpec2048
AvaSpec2048是一款操作簡單，測量精度高，中等價位的微型光纖光譜儀。它采用對稱式CzernyTurner光學(xué)平臺設(shè)計，信號光由一個標(biāo)準(zhǔn)的SMA905接口進入光學(xué)平臺，經(jīng)一個球面鏡準(zhǔn)直，然后由一塊平面光柵分光，經(jīng)由第二塊球面鏡聚焦到2048個像素的CCD陣列上。
圖2 AvaSpec2048光譜儀
AvaSpec2048的主要特點
● 響應(yīng)速度快，靈敏度高。
● 分辨率高，測量準(zhǔn)確。
● 熱穩(wěn)定性好，溫飄系數(shù)為0.1像元/℃。
AvaSpec2048顏色測量系統(tǒng)包括AvaSpec2048光譜儀、AvaLightHAL鹵素?zé)簟?biāo)準(zhǔn)反射探頭、白色參考瓦和AvaSoftColor顏色測量軟件（需和AvaSoftFull全功能軟件一起訂購）。光纖的方便靈活性使得它可以遠距離測量任何形狀物體表面顏色，克服了目前市場上的色差儀和分光測色儀的缺陷。
此外，該系統(tǒng)還可以進行吸收率、反射率測量、輻射發(fā)光測量等（可能需要選購其它附件），實現(xiàn)一機多用。
鼠標(biāo)式顏色測量光譜儀—— AvaMouse針對平面物體顏色測量，Avantes 公司專門開發(fā)了一種低價位鼠標(biāo)式光譜儀AvaMouse。它由一個內(nèi)置氙燈（每秒閃光35次）、集成光電二極管陣列和微型光學(xué)平臺組成，通過RS232接口或USB接口與計算機連接。
AvaMouse的主要特點
● 專為快速顏色測量而設(shè)計——可用于涂料、汽車
噴漆、油墨、塑料、紡織、印刷、紙業(yè)等行業(yè)的實驗室和生產(chǎn)車間。
● 輕巧、耐用的便攜式設(shè)計——機身如同鼠標(biāo)一般大，重量輕，操作靈活。
● 采用0/45° 設(shè)計— — 可以用于測量高光澤度的物體顏色。
● 與Mix2Match顏色配比軟件配合使用，可以進行電腦配色。
圖3 AvaMouse光譜儀
顏色測量軟件
無論使用哪種光譜儀測量顏色，都需要AvaSoftFull全功能軟件和AvaSoftColor顏色測量應(yīng)用軟件。Avantes 公司還提供AS161DLL和ColarDLL二次開發(fā)軟件和Mix2Match顏色配比軟件，供廣大工業(yè)用戶使用。
AvaSoftFull全功能軟件界面友好，操作簡單，功能全面，用戶可以在對話框中設(shè)置數(shù)據(jù)采集的參數(shù)（如探測器積分時間，自動校正暗背景，信號平均，樣條插值和光譜平滑）， 同時軟件還有自動校準(zhǔn)波長、校準(zhǔn)漂移和周期性自動存儲光譜等功能。
AvaSoftColor顏色測量應(yīng)用軟件是為用光譜儀系統(tǒng)進行在線顏色測量而開發(fā)的。它可用于反射式顏色測量，AvaSoft顏色測量應(yīng)用軟件可以計算CIE 1976 L*a*b*顏色參數(shù)，也可以計算其它常用的參數(shù)如色調(diào)（Hue），色度（Chroma）和X，Y，Z值等。
這些參數(shù)可以用一個CIELAB表（如圖4）顯示，也可以同時監(jiān)測多至8個顏色參數(shù)）隨時間變化（如圖5）。還可以把在線測量到的L*a*b*值保存到數(shù)據(jù)庫中，然后再把數(shù)據(jù)庫中的一個產(chǎn)品顏色作為參考色。通過比較測量得到的L*a*b*值和參考色，就可以得到色差（△Elab,△L*,△a*,△b*）。
圖4：CIELAB表
圖5：參數(shù)隨時間變化的圖形
通過采用發(fā)射測色法還可以測量光源的顏色（如LED）。這種測量需要一個輻射光譜來計算顏色參數(shù)x，y和z。通過AvaSoftIrrad輻射測量應(yīng)用軟件，可以進行比相對輻射測量模式（假設(shè)一個已知色溫的理想黑體光源）更準(zhǔn)確的絕對輻射測量。基于上面的原因，輻射顏色計算或“光顏色”計算是輻射測量應(yīng)用軟件的功能之一。
對于油墨、涂料生產(chǎn)商，印染廠、印刷廠或別的需要電腦配色的行業(yè)，Avantes公司提供了Mix2Match顏色混合及匹配軟件。它的主要功能是創(chuàng)建一個新顏色與數(shù)據(jù)庫中的已知顏色進行比對并進行校正，也可以創(chuàng)建一個新顏色來與著色文件中的顏色進行比對。
Mix2Match軟件進行顏色匹配的步驟：
1．測量原始顏色
2．計算機生成適當(dāng)?shù)幕焐浞?br/>3．把產(chǎn)生的樣品顏色與原始顏色進行比較
4．使用改進程序優(yōu)化混色配方
綜上所述，AvaSpec2048和AvaMouse便攜式微型光譜儀得出現(xiàn)必將給顏色測量領(lǐng)域帶來新的選擇，使工業(yè)在線顏色測量成為可能。
